王芳

摘要：文章針對目前通信類課程理論教學(xué)與實驗教學(xué)中存在的弊端，提出了基于Matlab/GUI及Simulink的參數(shù)化教學(xué)實驗仿真平臺的建設(shè)方法，結(jié)合仿真平臺，探索了“教、學(xué)、做”一體化的教學(xué)模式改革方法。實踐結(jié)果表明：仿真平臺的建設(shè)與應(yīng)用極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對培養(yǎng)學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力及實踐應(yīng)用能力起到積極的作用，也為高校教的教學(xué)與實驗改革提供了新的思路。

關(guān)鍵詞：通信類調(diào)和；實驗改革；Matlab； Simulink

據(jù)我國高等教育質(zhì)量報告顯示，2016年我國高等教育毛入學(xué)率已達40%，隨著高等教育的改革，各大學(xué)的培養(yǎng)目標定位越來越清晰，占據(jù)我國大學(xué)絕大多數(shù)的普通高校本?？贫鄶?shù)將培養(yǎng)目標定位在培養(yǎng)應(yīng)用型人才。但是由于受到傳統(tǒng)教育觀念的影響及教學(xué)資源的緊缺，我們的教學(xué)模式還是以重理論輕實踐，重繼承輕創(chuàng)新的課堂灌輸為主，這種教學(xué)模式已經(jīng)不能適當(dāng)時代飛速發(fā)展的需求。因此，在當(dāng)前條件下，以通信類課程改革為切入點，探索出通過學(xué)生自主性、研究性學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，提升學(xué)生的工程意識及實踐創(chuàng)新能力的教學(xué)模式、教學(xué)方法，并為類似課程的改革提供借鑒。

1 傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，通信技術(shù)日新月異，通信工程專業(yè)已成為變化最快且最具有影響力的專業(yè)之一，培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型人才已成為時代的需要。但是由于教學(xué)理念、教學(xué)方法（手段）、教學(xué)資源等多方面的制約，使得教學(xué)效果與培養(yǎng)目標之間還存在很大的差距[1]。

1.1 教學(xué)觀念陳舊，教學(xué)手段、方法單一

通信課程是理論性較強的學(xué)科，授課內(nèi)容側(cè)重通過理論推導(dǎo)與分析，以建立數(shù)學(xué)模型為主，由相應(yīng)的電路來實現(xiàn)其功能，這種轉(zhuǎn)換比較抽象，因此迫切需要在課程的理論教學(xué)中通過一些驗證性實驗幫助學(xué)生更好地理解抽象的理論知識，但是由于受到教學(xué)實驗條件的限制，一些需要課堂演示的內(nèi)容，只能用幾張圖片或簡單的多媒體課件來代替，即使有條件看到實際設(shè)備，也是老師邊講邊操作，只有少數(shù)學(xué)生才有機會看得清楚，更不要說學(xué)生親自動手操作的機會了。課堂上應(yīng)有的高效率教學(xué)活動變?yōu)樘铠喪降墓噍敚瑑?nèi)容枯燥且難以理解，影響了應(yīng)有的教學(xué)效果，培養(yǎng)出了大批重理論、輕實踐，重繼承、輕創(chuàng)新的學(xué)生。

1.2 實驗設(shè)備模塊化、更新慢，不利于開設(shè)綜合性、創(chuàng)新性實驗

知識的推陳出新和電子技術(shù)的日新月異，原有的部分實驗設(shè)備已趕不上新技術(shù)的步伐。實驗教學(xué)儀器更新慢，導(dǎo)致實驗教學(xué)內(nèi)容陳舊，無法跟蹤現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的新發(fā)展；配套實驗設(shè)備模塊化設(shè)計，也導(dǎo)致實驗內(nèi)容固定，多數(shù)為傳統(tǒng)的驗證性實驗，學(xué)生很難參與實驗方案的設(shè)計，不能進行二次開發(fā)，綜合性、設(shè)計性實驗的開出率很低。學(xué)生不是整個實驗過程的主體，而是根據(jù)老師的演示和講解，按照實驗講義上的操作步驟進行簡單模仿，實驗過程類似“搭積木”，學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新思維能力沒有得到有效的訓(xùn)練和培養(yǎng)，另外，實驗還受到時間和空間上的限制，實驗?zāi)Ｊ浇┗⒐潭?。以上狀態(tài)極大地阻礙了學(xué)生動手能力的提高和創(chuàng)新性思維的開發(fā)，不利于學(xué)生進行研究性學(xué)習(xí)。

1.3 與工程實際的嚴重脫節(jié)，學(xué)生解決實際問題能力亟待提高由于實踐環(huán)節(jié)的缺失，學(xué)生并不能完全了解這些理論在實踐中的應(yīng)用，只局限在實驗室里的模塊上，真正面對各種通信設(shè)備時，就會手足無措，無法將做過的內(nèi)容與實際工程設(shè)備結(jié)合起來，操作起來更是困難重重[2]。

2 與時倶進，順應(yīng)時代發(fā)展的改革措施

針對以上問題我們提出了課題的研究目標：通過改進現(xiàn)有實驗教學(xué)方法與手段、豐富教學(xué)內(nèi)容、探索并建立以實踐和應(yīng)用為核心的教學(xué)模式。引入“微課”輔助教學(xué)平臺，改變目前“照貓畫虎”式的簡單操作的教學(xué)方式。倡導(dǎo)以學(xué)生為主體的創(chuàng)新性教學(xué)、實驗改革方法，調(diào)動學(xué)生的積極性、主動性和創(chuàng)造性，最大限度地開展自主性、研究性學(xué)習(xí)。多渠道開展第二課堂的科技創(chuàng)新活動，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，提升學(xué)生的實踐、創(chuàng)新能力。使通信實驗教學(xué)更具創(chuàng)新性、先進性、趣味性、生動性[3]。

2.1 研發(fā)適應(yīng)課題研究目標的教學(xué)、實踐仿真平臺軟件

針對課程的理論與實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提出實驗仿真平臺的設(shè)計方案。仿真平臺以Matlab/GUI圖形用戶界面及Simulink為開發(fā)環(huán)境，模擬實際儀器界面，通過人機交互，仿真實際控制系統(tǒng)各種參數(shù)的輸入，利用軟件強大的數(shù)據(jù)處理和圖形顯示功能進行分析處理和結(jié)果顯示，并將多個可完成不同實驗項目的子系統(tǒng)進行集成，形成了一個綜合的教學(xué)、實驗平臺，集理論教學(xué)與實驗教學(xué)于一體。仿真平臺通過軟件實現(xiàn)了傳統(tǒng)實驗中利用硬件所能實現(xiàn)的全部功能，因此，可以實現(xiàn)實驗內(nèi)容的快速更新，及時跟蹤科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，學(xué)生也可以參與進實驗的設(shè)計過程，開發(fā)出更多綜合性、設(shè)計性實驗。通過綜合性、設(shè)計性實驗的大量補充，可以將課程中孤立的知識點連接起來，提高了學(xué)生綜合應(yīng)用計算機進行系統(tǒng)設(shè)計和解決實際工程問題的能力[4-5]。

2.2 改革教學(xué)方法，注重理論與實踐教學(xué)的結(jié)合

以“通信原理課”為例，編寫仿真平臺軟件，基于該軟件，進行教學(xué)方法的改革。在理論授課上，將實驗室搬進課堂，實現(xiàn)理論教學(xué)和實踐教學(xué)的無縫銜接。在課堂上教師可以根據(jù)授課要求，隨意切換理論教學(xué)和實踐教學(xué)的環(huán)境，教師能夠做到“教中做，做中教”。而學(xué)生在虛擬仿真實驗過程中，能夠做到“學(xué)中做，做中學(xué)”，通過在虛擬場景中的親身實踐，達到認識和了解物理規(guī)律、認識世界的目的。實現(xiàn)真正意義上的“教、學(xué)、做”一體化的教學(xué)要求。將學(xué)習(xí)過程與實踐、體驗相結(jié)合，強調(diào)學(xué)生對所學(xué)知識、技能的實際運用，有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進而提升教學(xué)效率和教學(xué)效果，推進教學(xué)改革。

2.3 改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方法，強調(diào)研究性學(xué)習(xí)過程

通信類課程的驗證性實驗可以使學(xué)生加深對基本概念的理解，而研究性、設(shè)計性和開放性實驗可以充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，使學(xué)生在實際系統(tǒng)的建模、分析、控制器的設(shè)計和應(yīng)用方面得到訓(xùn)練，對學(xué)生扎實地掌握所學(xué)的內(nèi)容、靈活運用課本知識，培養(yǎng)創(chuàng)新能力、研究能力、獨立思考能力和動手能力都是非常重要的，也是改革教學(xué)模式、教學(xué)方法的必然趨勢。鑒于目前的教育資源情況，完全依靠硬件設(shè)施（實驗室、實驗儀器等）是很難做到的，而軟件仿真則可以相對容易地實現(xiàn)。仿真平臺是在Matlab軟件環(huán)境下，依靠控制系統(tǒng)工具箱和Simulink動態(tài)建模、仿真和綜合分析集成環(huán)境開發(fā)而成。如果學(xué)生能夠掌握仿真平臺的開發(fā)方法，那么對于學(xué)生自主進行研究性、設(shè)計性和開放性實驗無疑是有巨大幫助的。

當(dāng)然，讓學(xué)生在較短時間內(nèi)掌握Matlab語言進行軟件設(shè)計并不是一件輕而易舉的事情，為此，一方面自編《控制工程基礎(chǔ)》教材，每章中均有一節(jié)針對本章講授的內(nèi)容，對控制系統(tǒng)工具箱中相關(guān)的函數(shù)進行介紹，并附有Matlab解題示例程序及Simulink建模、仿真示例，將程序設(shè)計方法融入理論課教學(xué)中；另一方面仿真平臺采用開放式結(jié)構(gòu)，設(shè)計方法及源代碼完全對學(xué)生開放，學(xué)生可以結(jié)合仿真平臺的示例及Matlab的幫助和演示文件進行自學(xué)。通過幾年的實踐經(jīng)驗總結(jié)，絕大多數(shù)的同學(xué)能夠很快地掌握仿真平臺開發(fā)設(shè)計方法，學(xué)生們利用Matlab軟件進行研究性、設(shè)計性及開放性實驗的設(shè)計上也表現(xiàn)出極大的興趣，并且不斷有好的實驗設(shè)計被選中并加入到仿真平臺中，使仿真平臺的內(nèi)容不斷完善[6]。

3 結(jié)語

仿真平臺的建設(shè)與應(yīng)用實現(xiàn)了將實驗室搬進課堂的設(shè)想，使抽象概念形象化，分析過程可視化，實現(xiàn)真正意義上的“教、學(xué)、做”一體化的教學(xué)要求。提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升了教學(xué)效率和教學(xué)效果，推進教學(xué)改革。

實現(xiàn)了 “驗證與設(shè)計相結(jié)合”“注重基礎(chǔ)、突出應(yīng)用”的原則。培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)的理論方法，借助計算機去解決實際問題的意識和應(yīng)用能力。

緩解了教學(xué)資源的不足，擺脫了實驗室硬件條件的制約，實現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容的快速更新。同時也促進了教學(xué)方法的改革，實現(xiàn)教學(xué)手段向現(xiàn)代化、信息化邁進。

[參考文獻]

[1]田瑩，盧金玉，劉宴濤.基于Matlab/Simulink的通信原理虛擬仿真實驗教學(xué)方法研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2015（14）：28-31.

[2]武一，周亞同，張雯，等.通信工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心構(gòu)建及管理[J].實驗技術(shù)與管理，2017（5）：218-222.

[3]任峻，張紅燕.運用虛擬仿真實驗改革通信原理實驗教學(xué)[J].實驗技術(shù)與管理，2010（3）：95-97.

[4]施杰，張永華，寧旺云，等.信號處理虛擬仿真實驗系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2016（2）：104-106.

[5]成建平，李飛，沈建華.虛擬仿真技術(shù)及其在《光纖通信》課程實驗教學(xué)中應(yīng)用的探索與實踐[J].課程教育與研究，2016（9）：254-255.

[6]陳芳妮.面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的通信原理課程改革探討[J].浙江科技學(xué)院學(xué)報，2014（1）：68-71.